На протяжении многих лет основные научные интересы в области солнечной астрономии в обсерватории были сосредоточены главным образом на исследованиях, связанных с молекулами в фотосфере, солнечными пятнами и факулами на Солнце и солнечной активности. Эти исследования были в основном связаны с солнечной спектроскопией, спектроскопической спектрографией и наблюдениями солнечной активности в Hα через фильтр Бернхарда-Галле Hα. С помощью этих установок были получены различные интересные результаты.
Со временем стало ясно, что наблюдения Hα и связанные с ними измерения рентгеновского и радиоизлучения с высоким временным и пространственным разрешением имеют решающее значение для оценки процессов высвобождения энергии в солнечных вспышках. Для достижения этих целей была внедрена технология ПЗС для наблюдения Солнца с временным и пространственным разрешением. Многоволновые исследования солнечных вспышек и связанных с ними радиовсплесков, КВМ, корональных отверстий и т.д. в последние годы дали некоторые результаты.
В этой статье можно увидеть краткий отчет о телескопах, вспомогательных приборах и методологии анализа данных с точки зрения средств наблюдения Солнца в ARIES.
Хронология средств и методология наблюдения за Солнцем
Средства наблюдения за Солнцем в ARIES (бывшая Государственная обсерватория УПСО), Наинитал, были созданы в 1966 году. Затем у компании Cox Hargreaves UK был приобретен 25-сантиметровый внеосевой телескоп с перекосом Cassegrain, оснащенный горизонтальной солнечной спектрографной решеткой однократного обзора, выполненной обсерваторией. Телескоп формирует 18-сантиметровое солнечное изображение на щели спектрографа. Кроме решетки, почти весь спектрограф и 46-сантиметровый коэффициент были изготовлены в оптических и механических цехах обсерватории. Спектрограф был способен обеспечить дисперсию 1,2 Е/мм в первом порядке при 2,5 микронах.
Кроме того, была приобретена другая система, состоящая из 25-сантиметрового коэффициента и объектива 15 см f/15, формирующего изображение ∼ 22 мм в фокальной плоскости. Бэкенд-инструментом для этого телескопа был Hα-фильтр Бернхарда-Халле и 35-мм видеокамера Robot Recorder с последовательным таймером, способные обеспечить разрешение по времени в 0,15 секунды. Фильтр может быть настроен на +/- 1.0 Å центральной длины волны с шагом 0.1 Å.
Эти установки работали до 1988 года, когда два рефрактора Coude (15см, f/15) были приобретены у Carl Zeiss, Jena в 1988 и 1992 годах. В то же время были также получены несколько фильтров узкого диапазона частот DayStar. Рефрактор формирует изображение Солнца диаметром около 21 мм, которое увеличивается до 42 мм при использовании Hα-фильтра Бернхард-Халле с помощью линзы Барлоу. Один из этих телескопов был установлен на 30-футовую башню. Фильтры можно получить на пленке KodakTechpan2415 с полочкой 35ммDN22Robotcamera, способной записывать 4 кадра в секунду.
В 1993 году в связи с широко распространенными методами наблюдения Солнца с высоким временным и пространственным разрешением вышеупомянутые объекты были радикально усовершенствованы благодаря внедрению видеотехнологий и технологий ПЗС в установках наблюдения Солнца. Технология CCD была внедрена для достижения следующих научных целей:
- - Для регистрации солнечной активности (вспышек и выступов Солнца) с высоким временным и пространственным разрешением.
- - Сравнение областей, излучающих Hα во время солнечной активности, с областями одновременного наблюдения микроволн и данными HXR солнечного излучения при высоком временном и пространственном разрешении для понимания механизма запуска вспышек.
Вся модернизированная система состоит из CCD чипа, контроллеров камер, компьютера Sun Spark Station-20, GPS часов для точного отсчета времени и т.д.
Система ПЗС-камер Пельтье с охлаждением ПЗС-матрицей с Пельтье
Эта система формирования изображений ПЗС имеет CCD чип EEV 385 × 578 пикселей с размером пикселя 22 × 22 микрона. Возможен как полнокадровый режим считывания, так и режим передачи кадров. CCD управляется с помощью ПК, а сбор данных осуществляется с помощью программного обеспечения ATI.
Высокоскоростная модульная система высокоскоростных ПЗС-камер Photometrics PXL с ПЗС-матрицей
Эта система состоит из двух типов камер, соединенных между собой различными системами охлаждения. Один из них может быть использован в определенный момент времени для наблюдения за Солнцем.
Система ПЗС-камер с оптоволоконной привязкой
Эта система имеет термоэлектрически охлаждаемую камеру FTS (температура окружающей среды -42◦C) и чип CCD класса I TK 1024 (размер пикселя 24 × 24 мкм). Каждый пиксель микросхемы соединен с окном волоконно-оптическим кабелем таким образом, что один пиксель получает свет с большей в 2,45 раза площади окна. Таким образом, головное окно камеры работает как пиксель размером 58,8 микрона с пространственным разрешением.
Контроллер камеры с 12-разрядным планшетом имеет переменную частоту считывания от 0,5 до 1 мегапикселя в секунду. Система управляется компьютером Sun Spark 20, 50 МГц емкостью 7,3 Гб и 14 Гб ленточным картриджем. Часы GPS, подключенные к компьютеру, записывают время с точностью до 1 мс в заголовок солнечного изображения, используя программное обеспечение интерфейса Sun, доступное в вышеуказанной системе. Электромеханический затвор, через интерфейсную карту, изготовленную в обсерватории, используется для компьютерного управления экспозицией в выбранных моментах и через желаемые интервалы времени.
Система высокоскоростных ПЗС-камер для наблюдения вспышек
Головка камеры этой системы имеет ПЗС-чип с функцией маскировки передачи кадров. Для получения Hα-изображений солнечных вспышек используется тот же контроллер камеры, компьютерное программное обеспечение Sun и т.д.
Солнечные изображения, имеющие площадь 100 × 100 пикселей, могут быть получены с временным разрешением около 25 миллисекунд или со скоростью 40 кадров в секунду. Полнокадровое изображение может быть получено со скоростью 5 кадров в секунду. Система способна обеспечить пространственное разрешение, что очень удобно для наблюдения солнечных вспышек.
Данные, записанные этими ПЗС-матрицами, анализируются с помощью программного обеспечения IRAF и IDL. Также есть COHO камера, подключенная к GPS часам для отображения точного времени, которая используется для видеозаписи полного диска Hα и изображений Солнца в белом свете. На основе наблюдений, проведенных с помощью этих средств, опубликовано огромное количнство научных работ.
В связи с некоторыми проблемами в SCSI контроллере фотометрической системы недавно были проведены работы по ремонту и модернизации существующего оборудования и программного обеспечения для сбора данных фотометрических систем ПЗС-камер PXL.
Контроллер был заменен на интерфейсные платы в контроллере камеры и ПК, соответственно, что облегчает прямую связь контроллера с компьютером. Этот интерфейс также совместим с любой из операционных систем Windows. Изображения сохраняются в формате FIT. Поэтому изображения могут быть проанализированы либо с помощью самого V++, либо с помощью любого другого программного обеспечения.
